1．可編程序控制器的基本結構
從廣義上講，PLC是壹種計算機系統，只不過它比壹般的計算機具有更強的與工業過程相連接的輸入輸出接口，具有更適用於控制的編程語言，具有更適應工業環境的抗幹擾性能。其結構和計算機控制系統十分相似，壹般由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)接口、電源等部分組成。由於PLC的中央處理器都是由微處理器、單片機組成，存儲器和1/0部件也形式多樣，按照結構形式的不同，PLC還可以分為整體式結構和組合式結構。區別在於整體式的結構將CPU、RAM、ROM、I/O單元等組裝成壹個主體，構成主機，其結構示意圖如圖4.1所示。組合式的結構是將PLC的各個部分分別做成相應的電路板或模塊，模塊之間通過底板上的總線相互連接。無論是哪種結構類型的PLC，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，它們經PLC外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經PLC內部邏輯運算或其他各種運算、處理後送到輸出端子，它們是PLC的輸出變量。PLC的系統程序和用戶程序都存放在存儲器中，現場輸入信號經過I/O單元傳送至CPU，CPU按照用戶程序存儲器裏的指令，執行邏輯或算術運算，並發
出相應的控制指令，該指令通過I/O單元傳送至現場，驅動相應的執行機構動作，從而完成相應的控制任務。
2．PLC的基本工作原理和主要技術指標
PLC的工作方式與微型計算機的中斷處理方式相比，有很大的不同。微機壹般采用等待命令的工作方式，PLC則采用循環掃描的工作方式。在PLC中，用戶程序按先後順序存放，CPU從第壹條指令開始執行程序，直至遇到結束符後又返回第壹條，如此周而復始不斷循環。PLC的掃描過程如圖4.2 所示。這個過程分為數據輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段三個階段。整個過程進行壹次所需的時間成為掃描周期。在數據輸入采樣階段，PLC以掃描方式讀入所有輸入端的通/斷狀態並存入輸入映像存儲區中，接著轉入用戶程序執行階段。在非輸入采樣階段，無論輸入狀態如何變化，輸入映像存儲區的內容都保持不變，直到進入下壹個掃描周期的輸入采樣階段，PLC才會將輸入端的狀態讀入輸入映像存儲區中。在程序執行階段，根據梯形圖程序先左後右、先上後下的掃描原則，順序執行用戶程序指令。程序執行結果並不直接輸出，而是將其寫入輸出映像存儲區。輸出映像存儲區中的每壹位會隨著程序執行的進程而變化。輸出數據及處理階段，在戶程序執行完，集中把輸出映像存儲區中的繼電器通/斷狀態傳送至輸出狀態鎖存器，再經輸出驅動電路，進行隔離和功率放大去驅動外部負載。
上述PLC的掃描工作過程，掃描周期是PLC壹個很重要的指標，小型PLC的掃描周期壹般為十幾毫秒到幾十毫秒。從PLC輸入端有壹個輸入信號發生變化到輸出端對該變化做出反應，需要壹段時間，這段時間就稱為PLC的響應時間或滯後時間。影響I/O滯後的主要原因有:輸入濾波的時間常數，輸出繼電器的機械滯後，程序執行的時間，程序設計不當的附加影響等。毫秒級的掃描時間對於壹般工業設備通常是可以接受的，PLC的響應滯後是允許的，但是對某些I/O快速響應的設備，則應采取相應的處理措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速計數模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯後時間。對用戶來說，選擇了壹個PLC，合理的編制程序是縮短響應時間的關鍵。